MatriXX測量近距離放療放射源駐留時間精度的方法研究

江芬芬，胡本輝

江西省婦幼保健院腫瘤放療室，江西南昌330006

前言

近距離放射治療具有腫瘤局部劑量高、劑量跌落大，比鄰組織劑量低等優勢，是腫瘤放射治療不可或缺的手段之一，已被廣泛應用于肺癌、宮頸癌、胰腺癌等疾病［1-2］。相比于傳統放療，近距離放射治療不僅改善了靶區與正常組織上受照劑量的關系，能夠對腫瘤靶區及鄰近危及器官的照射劑量進行有效調節，從而發揮突出的臨床優勢，還可通過降低小腸、直腸、膀胱、盆骨等周圍鄰近器官與組織的照射量，減少毒副作用的發生率［3-5］。近年來三維后裝治療的開展大幅度提高了腫瘤靶區的劑量，避免了二維后裝放療存在的靶區給量的盲目性和個體化計劃不足的缺陷。Zhang等［6］研究發現，后裝近距離輔助治療的方法使晚期放射性反應小，具有優越性，一定程度上獲得了臨床治療的增益，而且這種放療方式在鼻咽、食管等部位腫瘤治療方面已取得較理想的療效［7-9］。盡管三維后裝治療方法具有諸多優越性，但由于其后裝放療機的放射源到位精度低，且放射源的駐留時間不穩定，造成腫瘤的局部控制率僅達60%～70%［10-12］。因此，嚴格控制后裝治療機放射源到位精度是后裝治療質量控制和保證的重要內容，這直接影響著患者的治療效果。

當前，后裝機主要采用的是192Ir放射源，其劑量分布特性是在50 mm內劑量分布基本上遵循平方反比定律［13］，越是靠近放射源，后裝機的劑量梯度變化越大。對此，國家制定的標準規定放射源到位精度不得超過1 mm。令人可喜的是，2010年加拿大的Rickey等［14］設計了一款能夠快速、方便、準確驗證停留位置和駐留時間的工具—二維電離室矩陣儀，即以位置記錄儀結合二極管探測器。二維電離室矩陣儀能夠快速實現放射源的精確測量，為后裝機的近距離放射治療提供了可靠手段。

為了能夠精準照射放療患者的靶位，后裝機的質量必須得到保證。因此完善可靠的質量保證方法極為重要，否則將導致腫瘤局部控制失敗或正常組織的毒副反應，甚至可能發生嚴重的醫療事故。后裝的質量保證主要包括放射源活度的校正，放射源駐留時間的準確性以及駐留位置的精度［15］。基于此，本文通過采用二維電離室矩陣測量后裝治療機在執行治療計劃過程中放射源的駐留時間和駐留位置，探究駐留時間的準確性和駐留位置的重復性等規律，為保證高精度的近距離放療質量提供重要的科學依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 二維電離室矩陣

IBA公司生產的MatriXX二維電離室矩陣，由1 020個通氣的平行板電離室排列成32行×32列平面矩陣（4個頂角沒有電離室）。探頭中心間距為7.62 mm，有效測量范圍為（24×24）cm2，單個探頭的直徑4.5 mm，高度為5 mm，靈敏體積為0.08 cm3；標稱靈敏度為2.4 nC/Gy。二維電離室矩陣尺寸為560 mm×60 mm×320 mm（L×H×W），質量為10.5 kg。

1.2 后裝治療計劃系統

醫科達生產的后裝治療機，配有Oncentra后裝治療計劃系統。用該計劃系統設計后裝計劃，不同角度（15°、30°、45°）施源器長度為10 cm，駐留點間距為0.5 cm，共21個駐留點。每個駐留點的駐留時間和權重相同，總治療時間為182 s。其次通過后裝治療設計系統設計長度為10 cm，駐留點間距分別為2.5、5.0、10.0 mm，各個駐留點的駐留時間和權重相等，總治療時間為182 s，通過網絡把后裝計劃傳輸到后裝治療機。

1.3 駐留點重復性

將3個不同角度（15°、30°、45°）的宮腔管施源器粘貼在MatriXX表面，如圖1所示，執行對應的后裝計劃5次。選擇OmniPro I'mRT 2.0的Beam Triggered模式，設定每次采樣時間為0.1 s。

圖1 粘貼在電離室位置的宮腔管位置實物圖Fig.1 Photograph of uterine tandems pasted on MatriXX

1.4 駐留時間準確性

在上述基礎上，將15°宮腔管施源器粘貼在MatriXX表面，執行不同駐留間距對應的后裝治療計劃5次；選擇MatriXX的Beam Triggered測量模式，每次采樣時間的測量參數設置為0.1 s。

1.5 測量數據處理

選擇OmniPro I'mRT 2.0的Beam Triggered模式，設定每次采樣時間為0.1 s，并用OmniPro I'mRT 2.0軟件記錄，分析處理測量數據，并根據式（1）計算不同駐留間距對應的測量駐留時間（T測）相對于計劃系統計算時間（T計）的偏差δ。由于設定的測量采樣時間為0.1 s，因此每次采樣后形成一個數據文件，每次執行完一次治療計劃，可獲得數份數據記錄文件，通過文件記錄矩陣中各電離室的讀數。

2 結果

國家腫瘤質控中心發布后裝治療機檢測放射源在單個駐留位置的駐留時間，實測駐留時間與計劃駐留時間的偏差應不超過0.1 s，以及照射時間的計時誤差必須小于1%。將15°宮腔管粘貼在MatriXX表面，并重復對應實驗5次。由表1數據和式（1）計算所得，重復性誤差最大偏差為8.1%，總駐留時間偏差為0.4%。

表1 放射源在15°宮腔管駐留時間及對應主測電離室的讀數Tab.1 Dwell time of the radioactive source in 15°uterine tandem and the corresponding reading values

通過MatriXX對不同位置的數據進行采樣，在不同角度基礎上每次采樣的結果均呈現出一個高斯分布的峰，如圖2所示，對應了放射源所在的駐留位置。通常，放射源駐留位置的變化，會引起電離室矩陣中各電離室的讀數改變，可獲得放射源在駐留位置的駐留時間。

圖2 放射源駐留位置的圖形表示Fig.2 Dwell position for radioactive source location

不同角度宮腔管（15°、30°、45°），計劃時間182 s，駐留點間距5 cm，計劃長度10 cm，總共21個駐留點，每個駐留點駐留的時間和權重相等，重復5次測量，結果如表2所示。當駐留點間距為5 mm，不同角度宮腔管計劃時間與MatriXX測量實際時間的相對偏差均為0.4%。

駐留點間距2.5、5.0、10.0 mm，每個駐留點時間權重相同，計劃時間182 s，總計劃長度10 cm。放射源駐留位置的變化，會引起電離室矩陣中各電離室的讀數改變。矩陣中距放射源較近的電離室讀數較大，距放射源較遠的電離室讀數較小。選讀數較大的電離室為放射源所在駐留位置的主測電離室。放射源各駐留位置所對應的主測電離室的讀數見表3。駐留點間距2.5 mm時駐留點為41個；駐留點間距5 mm時駐留點為21個，駐留點間距10 mm時駐留點為11個。當駐留點間距為2.5 mm時，計劃時間與MatriXX測量的實際時間偏差為0.9%；當駐留點間距為5 mm時，計劃時間與MatriXX測量的實際時間偏差為0.4%；當駐留點間距為10 mm時，計劃時間與MatriXX測量的實際時間偏差為0.3%。

3 討論

當前，近距離治療方法正處于蓬勃發展階段。國家針對近距離治療頒布了相關行業標準，對近距離治療提出了具體要求，不僅要求放射源到位精度不得超過1 mm，還要求照射時間的計時誤差必須小于1%［16］。為了能夠精準照射放療患者的靶位，后裝機的質量必須得到保證。因此，完善可靠的質量保證方法極為重要，否則將導致腫瘤局部控制的失敗或正常組織的毒副反應，甚至可能發生嚴重的醫療事故，如何有效保證近距離治療的質量一直受到放射物理學者的高度重視［17-19］。后裝的質量保證主要包括放射源活度的校正，放射源駐留時間的準確性以及駐留位置的精度。其中放射源的照射時間和到位位置是質量保證的核心工作。在近距離放療過程中，控制放射源的照射時間，是近距離治療的關鍵指標之一，因為放射源的照射時間直接影響到病人的吸收劑量［20］。對此，國家有關標準要求照射時間的計時誤差必須小于1%。在日常的近距離治療中，放射源在每個駐留點的駐留時間一般都大于1 s，在本文設計的治療計劃中駐留時間約為8.67 s，采樣時間為0.1 s，總駐留時間偏差最大為0.9%，最小為0.3%，均在國家標準要求范圍內，因此滿足照射時間的計時偏差小于1%的測量精度要求。可見，用MatriXX測量，可用于驗證后裝源駐留時間的測量精度。

后裝機主要采用的是192Ir放射源，其劑量分布特性是在50 mm內劑量分布基本遵循平方反比定律［13］，越是靠近放射源，后裝機的劑量梯度變化越大，即離放射源較近的電離室讀數較大，離放射源較遠的電離室讀數較小。因此，放射源位于讀數較大的兩個相鄰的電離室之間。但是，實際使用過程中由于放射源到各駐留位置的主測電離室的距離不完全相同，且機器角度以及施源管的材料、工藝等原因，常常出現電離室讀數偏差在1%～10%的現象［21］。因此，本文設計的治療計劃中將15°宮腔管粘貼在MatriXX表面，并重復對應后裝計劃實驗5次后電離室讀數（表1）的重復性偏差最大為8.1%，在可接受的范圍之內。另一方面，當駐留間距為2.5 mm，其駐留時間的偏差最大，為0.9%，其原因在于MatriXX測量的精度有限，其測量精度為3.8 mm。通過改變駐留點間距，用MatriXX測量的實際時間與計劃時間的偏差均不超過1%（表3），表明本文設計的駐留間距的改變對駐留時間的偏差仍在接受范圍之類，符合臨床放療的需求。可見，在合適的駐留間距范圍內采用MatriXX驗證近距離放療放射源駐留時間和重復性方法準確可靠，經濟適用，同時選擇較小的采樣時間，可應用于日常后裝治療的質量保證。因此，采用二維電離室矩陣能夠實現放射源駐留時間的精確測量，為后裝機的近距離放射治療提供可靠手段，為成功應用于臨床患者的劑量測量提供實驗基礎，對防止放射治療醫療事故的發生起技術支撐作用。

表2 放射源在不同角度宮腔管駐留時間及對應主測電離室的讀數Tab.2 Dwell time of the radioactive source in uterine tandems with various degrees and the corresponding reading values

表3 放射源不同駐留點間距的駐留時間及對應的相對偏差Tab.3 Dwell time of radioactive source at different dwell point distances and the relative errors